【doc】焊管機(jī)GCr^15鋼軋輥熱處理新工藝的研究

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善?！綿oc】焊管機(jī)GCr15鋼軋輥熱處理新工藝的研究【doc】焊管機(jī)GCr15鋼軋輥熱處理新工藝的研究焊管機(jī)GCr15鋼軋輥熱處理新工藝的研究第l2卷第6期1989年11月焊管WELDEDPIPEANDTUBEVoI.12,施6Nov1989e-,-/'焊管機(jī)GCrl5鋼軋輥熱處理新工藝的研究馬永慶孫俊才劉承仁楊烈宇鄧玉成(太連海運(yùn)學(xué)院金屬材料】二藝研究所)(太連冶金工具廠)【摘要】分析認(rèn)為,焊管機(jī)GCrl5鋼軋輥是以磨損和斷裂兩種形式失效的.沖擊疲勞是導(dǎo)向輥工作面邊緣斷裂失效的主要原因.采用鍛后

2、余熱熱水淬火加高溫回火進(jìn)行碳化物超細(xì)化預(yù)處理,可以提高最終熱處理后的硬度,抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性.在此基礎(chǔ)上,改進(jìn)導(dǎo)向輥淬火方法和回火工藝,可進(jìn)一步提高其抗斷裂能力.經(jīng)奉文推薦的工藝處理的軋輥,較原軋輥使用壽命提高至1.5倍,其中導(dǎo)向輥提高至3倍.【關(guān)艟詞】焊管機(jī)軋輥熱處理工藝NEWHEATTREATMENTPR0CESS0lFGCr15SrEELRoLLERSFoRTHEWELDINGPIPEM田【正MaYongqingSunJuneaiLiuChengrenYangLieyuDengYueheng(InstituteofMetalMateriaITechnology.DalianMarineC

3、ollege)(DalianMetallurgicalto0kfactory)ABSTRACT:Byanalysizing,wearandfractureantwoformsoffailureofGCrI5steelrollersfortheweldingpipemil1.Theimpactfatigueisallimportantcrackingreaollearangularitgoftheworkingsur-facethequidingroller.Themethodofquenchingintohotwaterafterforgingandtemperinyathi曲tempratu

4、re,asasuperrefinedcarbideprc-treatment,mayincreasehardness.bendingstrengthandimpacttoughnessofthatafterfinMheattretmeIlt.BasedoRsuper-refinedcarbideioimprovequencngmethodandtemperingprocedureofthequiolingrollercallevermoreincreaseresistancetoitsfracture.Byabovetreatmentprocess,theaverageservicelifeo

5、ftherollersmaybeimprovedtoI5timesthanthatof血eoriginalonesinparticular,theservicelifeofthequMmgrollermaybeincreased3times.KEYWORDS:Weldingpipemill,Roller,Heatffeatmenttechnology1前言直縫焊接鋼管的生產(chǎn)是用鋼帶在高頻焊管機(jī)上經(jīng)多道軋輥軋制焊接而成的.依機(jī)型不同,每臺(tái)機(jī)組上有不同形狀,不同規(guī)格的10對(duì)至12對(duì)軋輥這些軋輥分別稱為成型輥,導(dǎo)向輥,擠壓輥,定徑輥等.軋輥在工作中承受繁重的載荷和復(fù)雜的交變應(yīng)力,并在重負(fù)荷下經(jīng)受強(qiáng)烈

6、的摩擦.同一機(jī)組上各種輥在工作中所應(yīng)受力及磨損情況存在較大差異,失效形式不同,使用壽命亦不一樣.成型輥和定徑輥主要以磨損形式失效;導(dǎo)向輥工作面邊緣受交變沖擊應(yīng)力作用,主要是棱邊斷裂掉塊,使用壽命僅是整套輥的三分之一;焊接擠壓輥在交變應(yīng)力和熱效應(yīng)作用下受強(qiáng)烈摩擦,磨損嚴(yán)重,使用壽命僅是整套輥的五分之一.由于機(jī)組上部分輥壽命低,增加停機(jī)換輥次數(shù),并且,由于導(dǎo)向輥棱邊斷裂掉塊直接影響鋼管質(zhì)量和生產(chǎn)效率.因此,如何提高軋輥使用壽命,特別是導(dǎo)向輥,焊接擠壓輥的使用壽命,是直縫焊管生產(chǎn)急待解決的一個(gè)問題.自1985年以來,人們通過對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研,對(duì)整套軋輥中的各種輥的使用工況1989年第6期馬永慶等:焊

7、管機(jī)GCr鋼軋輥處理新工藝的研究'29進(jìn)行了全面分析,分析了各種輥的失效原因,提出在原GCrl5鋼制軋輥的基礎(chǔ)上,采用碳化物超細(xì)化預(yù)處理工藝,使最終熱處理后提高了硬度和強(qiáng)韌性,并改進(jìn)導(dǎo)向輥的淬火方法和回火工藝,進(jìn)一步提高該輥的韌性.焊接擠壓輥采用了3CrW8V鋼制造,淬,回火之后加離子氮碳共滲以提高耐磨性(該輥本文不予討論).從而,使各道軋輥的使用性能達(dá)到與工況相適宜的程度.大連冶金工具廠采用新工藝所處理的軋輥,應(yīng)用于鞍鋼第一薄板廠,鞍山市鋼管廠等十多個(gè)廠家,經(jīng)考核證明,在軋制2英寸鋼管時(shí),可軋3500噸以上,而原工藝軋輥只能軋20002500噸,新工藝處理的軋輥使用壽命提高至1.5倍

8、,其中導(dǎo)向輥提高至3倍,達(dá)到國內(nèi)同材質(zhì)輥的先進(jìn)水平.圉I軋輥三種典型受力狀況2軋輥失效形式一定尺寸時(shí),導(dǎo)向輥才失效報(bào)廢.在軋制鋼管時(shí),軋輥隧鋼管前進(jìn)同時(shí)自身轉(zhuǎn)動(dòng)受力和磨損.根據(jù)各道輥受力狀況可以大致分成三種類型:成型輥受交變應(yīng)力作用,導(dǎo)向輥受交變沖擊應(yīng)力作用,擠壓輥,定徑輥受交變球?qū)ΨQ壓應(yīng)力作用(圖1).因此,成型輥,擠壓輥和定徑輥的失效以磨損為主,斷裂失效較少;而導(dǎo)向輥工作面邊緣經(jīng)受鋼帶(鋼管坯)縫口強(qiáng)烈沖擊與摩擦,在靠近端面附近承受最大的交變沖擊應(yīng)力,裂紋源往往從此處開始.裂紋一旦產(chǎn)生,由于軋制過程中鋼管進(jìn)給,軋輥不斷轉(zhuǎn)動(dòng),裂紋處將受到每分鐘2050次的交變沖擊應(yīng)力作用,裂紋擴(kuò)展并最后從工

9、作面棱邊斷裂.斷裂塊掉下之后,斷面兩側(cè)受力增大,又產(chǎn)生次生裂紋并斷裂掉塊.導(dǎo)向輥棱邊部位淬硬層越深,脆性區(qū)越大,其斷裂塊越大.如果改變端面徑向硬度分布,使之呈下降梯度分布,就可以改變斷裂擴(kuò)展方向,使斷裂塊減小.事實(shí)上,較小的斷裂缺口對(duì)軋制鋼管的質(zhì)量影響很小,只有斷裂塊超過對(duì)失效輥分析還表明,當(dāng)軋輥回火不充分時(shí),在強(qiáng)烈應(yīng)力下摩擦?xí)T發(fā)殘余奧氏體分解,造成應(yīng)力迭加,或者因碳化物網(wǎng)狀嚴(yán)重,也會(huì)使韌性降低產(chǎn)生裂紋掉塊.對(duì)軋輥使用失效后的廢舊輥統(tǒng)計(jì)表明,磨損失效的占總數(shù)的75%,斷裂失效的占25%,其中導(dǎo)向輥主要是斷裂失效,占導(dǎo)向輥失效的65%以上.依據(jù)上述分析并結(jié)合生產(chǎn)工藝過程,我們確定把原來的球化退

10、火改為鍛造后趁余熱淬人熱水中,然后加高溫回火,進(jìn)行碳化物超細(xì)化預(yù)處理.在最終熱處理時(shí)盡量采用下限溫度淬火,得到隱針狀或細(xì)針狀馬氏體,再通過充分的低溫回火,以獲得高硬度下良好的強(qiáng)韌性.導(dǎo)向輥除進(jìn)行碳化物超細(xì)化預(yù)處理外,在最終熱處理淬火時(shí),用夾具蓋住端面進(jìn)行預(yù)冷,然后淬人油中,改善邊緣部位的硬度分布,并適當(dāng)提高回火溫度,使韌性進(jìn)一步提高.焊管第l2卷總第44期3碳化物超細(xì)化預(yù)處理廈其對(duì)組織性能的影響3.1碳化櫥超細(xì)化預(yù)處理工藝GCrl5鋼碳化物超細(xì)化處理是采用高溫加熱使碳完全固溶于奧氏體后冷卻得到非平衡組織,再進(jìn)行高溫回火析出呈彌散分布的極細(xì)碳化物.以往的研究,有的采用高溫加熱后400等溫淬火成上

11、貝氏體,然后高溫回火;有的采用高溫加熱后250等溫淬火成下貝氏體,然后高溫回火的預(yù)處理工藝".上述兩種工藝可以得到良好的超細(xì)化效果,但是,均需要高溫加熱和等溫淬火設(shè)備,工藝比較復(fù)雜也有的采用鍛后趁余熱淬人沸水中得到馬氏體組織,再進(jìn)行高溫回火的方法,成功地用于軸承件等處理上".但是,對(duì)于大型件很難避免淬火開裂現(xiàn)象.為了防止大型軋輥預(yù)處理淬火開裂,我們采用鍛造后趁余熱淬入熱水或沸水中,使工件冷卻至200300(以目測(cè))提出水面空冷,心部熱量可使表面溫度回升至400500,然后,進(jìn)行高溫回火.由于工件淬火后溫度回升產(chǎn)生自身回火效果,其表面層組織為回火馬氏體,屈氏體和部分貝氏體組織

12、(圖2).這種組織可以完全避免大型軋輥淬火開裂現(xiàn)象.由于采用軋輥?zhàn)陨砘鼗鸱椒杀苊獯慊痖_裂,冷卻介質(zhì)的水溫可以放寬到6o100,縮短了水的加熱時(shí)間和工件冷卻時(shí)間.對(duì)于直徑250mm,厚度80ram的導(dǎo)向輥鍛坯在不同溫度水中冷卻效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1.可見,水溫低于85,冷卻時(shí)間縮短一倍以上.圖2鍛后余熱熱水淬火組織x400熱水淬火之后,把軋輥鍛坯裝人電阻爐內(nèi),加熱至7ae0760回火6小時(shí).回火后硬度為HB219233(見表1),可以方便地進(jìn)行機(jī)械加工.掃描電鏡觀察表明,該工藝處理后,碳化物平均尺寸由球化退火的15/am減小到0.55pro以下,達(dá)到了碳化物超細(xì)化的目的(圖3a,b).本溫冷卻時(shí)間表面回升溫度76o,e6小時(shí)回火硬度476030s550HB219233607545s500HB21933758555s500HB21985952min15s5